清远抽水蓄能电站尾水隧洞素混凝土衬砌方案研究

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1、设计施工水利规划与设计2013年第5期清远抽水蓄能电站尾水隧洞素混凝土衬砌方案研究张巍刘林军黄立财(广东省水利电力勘测设计研究院广东广州510635)【摘要】本文对国内外水工隧洞设计理念的发展情况进行简要回顾，在此基础上提出素混凝土衬砌的设计理念。为验证上述理念，应用透水衬砌隧洞结构计算原理及其有限元法，针对清远抽水蓄能电站工程尾水隧洞进行了数值模拟分析，研究清远抽水蓄能电站工程尾水隧洞采用素混凝土衬砌的可行性及合理性。【关键词】清远抽水蓄能电站隧洞素混凝土衬砌透水衬砌【中图分类号】TV3【文献标识码】

2、B【文章编号】1672．2469(2013)os．0057．04【DOI编码】10．3969／j．issn．1672．2469．2013．05．019l前言隧洞衬砌型式的又一次积极的创新实践。水工隧洞的支护型式主要有不衬砌与锚喷、表1国内外类似蓄能电站水工隧洞衬砌情况素混凝土衬砌、钢筋混凝土衬砌、预应力混凝土电站部位最大水直径衬砌型式头(m)(m)衬砌、钢板衬砌等。其中不衬砌与锚喷隧洞糙率高压6108600ram钢筋混凝土较大，开挖洞径较大，在围岩条件差时围岩稳定广蓄二期隧洞．5衬砌较难保证；素混凝土衬

3、砌和钢筋混凝土衬砌都是(中国)尾水1159400ram钢筋混凝土隧洞．O衬砌充分利用围岩受力，混凝土衬砌仅承担很少的荷高压6807600ram钢筋混凝土载，两者的区别是素混凝土衬砌节省钢筋，施工天荒坪隧洞．O衬砌较方便，工期可加快，而钢筋混凝土衬砌则通过(中国)尾水400ram钢筋混凝土隧洞1254．4衬砌钢筋限制裂缝开展和避免开裂后混凝土掉块，施高压6248600ram钢筋混凝土工稍复杂。预应力混凝土衬砌和钢板衬砌施工难惠蓄隧洞．5衬砌度较大，投资也较高。(中国)尾水400ram钢筋混凝土隧洞1l18

4、．5衬砌抽水蓄能电站水工隧洞一般直径大，水头高，Dinorwie高压542101000ram素混凝土目前国内抽水蓄能电站高压隧洞的衬砌型式主要(英国)隧洞衬砌Bath高压采用钢板衬砌和钢筋混凝土衬砌，尾水隧洞则多C1000mm素混凝土ounty隧洞3908．7衬砌采用钢筋混凝土衬砌。(美国)从表l可知，国内外几座类似抽水蓄能电站Helms高压5318690ram素混凝土(美国)隧洞．23衬砌水工隧洞衬砌情况，类似PD值的水工隧洞，在国内主要采用钢筋混凝土衬砌，而国外则主要采2清蓄素混凝土衬砌设计理念的提

5、出用素混凝土衬砌。2．1国内水工隧洞设计理念发展对清远抽水蓄能电站(以下简称“清蓄”)尾建国初期，我国的水工隧洞一般按抗裂设计。水隧洞而言，具有围岩地质条件良好、埋深大、上世纪50年代末、60年代初，在广东以及云南的地下水位高、与周围地下洞室水力联系少等优越一些水工隧洞开始改用限裂设计。限裂设计与抗裂条件，或具备素混凝土衬砌的条件。设计相比能较充分的发挥围岩的承载作用，取得了就国内而言，对承受压力较高的蓄能电站水一定的经济效益。工隧洞，采用素混凝土衬砌的型式还没有先例，限裂设计的基本思路是将内水压力作为

6、面力因此清蓄尾水隧洞素混凝土衬砌的研究，其意义荷载作用于衬砌的内表面，根据隧洞的结构计算结不仅在于使尾水隧洞有更好的技术经济性，加快施工进度，更在于可以填补国内空白，是对水工作者简介：张巍(1983年一)，男，高级工程师。-57·设计施工水利规划与设计2013年第5期果进行配筋和限裂计算。限裂设计主要考虑的荷载混凝土衬砌的使用逐渐减少。包括围岩压力、地应力、内水压力、外水压力、衬2-3清蓄素混凝土衬砌设计理念的提出砌自重、灌浆压力等。各荷载均作为外力作用在衬素混凝土衬砌水工隧洞设计理念的基础为透砌上，围

7、岩对衬砌产生一定的弹性抗力，其分布情水设计理论。即在混凝土衬砌开裂后，绝大部分内况按一定的假定状况考虑，在荷载及抗力共同作用水压力由围岩来承担，而衬砌的主要作用是减糙、下求出衬砌各断面的弯矩、轴力，然后计算配筋量，保护围岩和提高隧洞耐久性等。验算衬砌是否开裂，以及计算裂缝宽度。工程经验和计算分析表明，对于透水衬砌水工随着水电事业的发展，尤其是抽水蓄能电站的隧洞，混凝土衬砌和围岩的渗透系数对混凝土衬砌飞速发展，在上世纪9O年代，出现了大直径的内和围岩承载内水压力的分配比有直接的影响。混凝水压力为600m级

8、别的高压隧洞，如具有代表性的土衬砌的渗透系数越小，则混凝土衬砌承担的内压广州抽水蓄能电站和天荒坪电站。在这种背景下，比例越高；反之，混凝土衬砌的渗透系数越大，则出现了体力设计理论。混凝土衬砌承担的内压比例越低。体力设计理论是把衬砌看成是透水的，将内水对于透水衬砌隧洞而言，围岩渗透系数是至关压力作为体力来计算衬砌和围岩应力。体力设计理重要的。渗透系数越小，围岩主要承载区越小，内论基本思路是，钢筋混凝土衬砌开裂后发生内水外水外渗越少，工程越安全